生物粘附隶属于界面行为中的一种,它是生物在长期生存进化过程中形成的一种特殊能力。微生物在材料表面吸附主要包括特异性吸附和非特异性吸附,上述过程通常是在范德华力、静电力、氢键、疏水作用力以及共价键等作用下完成的。然而生物粘附的存在往往会对人类的生产和生活带来诸多不利的影响,例如医疗器械被细菌污染会威胁人类生命、水下设备表面被生物腐蚀会加速损耗、输油管道被生物菌落阻塞会降低传输效率。因此生物粘附的危害已成为生物化学、医学材料、海洋船体防污等研究领域的一个基础性和普遍性的问题。微生物趋向在材料表面发生粘附是不可避免的,如果能从生物粘附的过程中掌握一定的规律和共性,将不良粘附的作用方式科学的转变为人类可控的驱动力,从而制备出具有抗生物粘附以及多功能的表面,这将具有十分重要的现实意义。由于微生物表面的蛋白含有疏水残基,这可使其在疏水作用的驱动下吸附到疏水表面。如果能将含有疏水烷基链的亲水聚电解质,通过上述类似的方式实现在疏水基底表面的吸附,这不仅可对表面进行亲水改性,还可利用不同功能性的聚电解质实现对材料表界面的功能化。基于上述分析和认识,本文在生物粘附的启发下,探究了聚电解质表面的不同功能性基团对其在疏水表面吸附行为的影响,致力于建立一个亲水高分子在疏水表面吸附的理论模型。在此基础上,还对聚电解质涂层的表面物理化学性质、稳定性、界面形成机理及其在油水分离、抗生物粘附、抗菌等领域的应用进行了系统深入的研究,具体内容如下:1、从生物粘附过程中获得启发,利用具有类似蛋白结构:即主链为疏水烃基并含有亲水基团的高分子和聚电解质为基材,在疏水作用力的驱动下,聚电解质表面的疏水基团可在水中自发的吸附到疏水表面,而暴露在外的亲水基团可对碳、氟修饰的模型疏水表面进行亲水改性。通过调节溶液的pH值、离子强度以及疏水基底的浸泡时间等条件,研究其对含有不同功能性基团的高分子和聚电解质在疏水表面吸附的影响,其中表面电性可调的聚电解质吸附性最佳。通过更换溶剂、改变基底的亲疏水性、表征聚电解质膜反面的浸润性来证明疏水作用力是聚电解质在疏水表面吸附的主要驱动力。该方法为溶液中亲水高分子在疏水表面的吸附提供了理论依据和实验基础。2、在pH=3、1.35MNaCl的聚丙烯酸溶液中,通过疏水作用可将表面电性可调的聚丙烯酸均匀致密的吸附到疏水表面并形成亲水涂层。该涂层表面COOH堆积密度高达4.8nm~(-2),这使其具有超亲水性(CA°=6.5)以及表面抗老化性。通过计算溶液中临近聚丙烯酸分子链间D_p的距离,Flory半径R_F,回转半径R_g,可推导出其在疏水表面的致密吸附主要受以下两种作用的协同调控:即单个聚丙烯酸分子链与疏水表面之间的长程疏水相互作用和相邻聚丙烯酸分子链间的短程氢键作用。该超亲水涂层不仅可用于高效的油水分离(通量为430Lm~2/S),在表面接枝甲氧基聚乙二醇胺后还展现出对牛血清蛋白和纤维蛋白原优异的抗粘附性,粘附量分别为0和6.7ng/cm~2。3、为了制备在碱性环境下稳定的亲水涂层,利用pH=11、1.0MNaCl溶液中聚丙烯胺与疏水基底之间的疏水相互作用为驱动力,可使聚丙烯胺有效的在模型疏水表面吸附(CA°=34.7°),同时还可对多种疏水性聚合物的表面进行亲水改性。聚丙烯胺亲水涂层在强酸、强碱、高离子强度溶液以及多种极性和非极性有机溶剂中均展现出良好的稳定性。该亲水涂层不仅可以实现有效的油水分离,还展现出对大肠杆菌(1.8%)和金色葡萄球菌(2.6%)极低的粘附性。此外,将聚乙二醇接枝到聚丙烯胺涂层表面后,该表面对牛血清蛋白的粘附量为7.6ng/cm~2。经次氯酸钠溶液处理后,被氯化的聚丙烯胺涂层(2cm×2cm)对溶液中大肠杆菌(10~6CFU/mL)的杀死率为99.9%。